CN101671810B

CN101671810B - 一种分布式熔焊实现靶材与背板连接的方法

Info

Publication number: CN101671810B
Application number: CN 200810119914
Authority: CN
Inventors: 何金江; 江轩; 熊晓东; 王欣平; 杨亚卓; 廖赞; 尚再艳
Original assignee: YOUYAN YIJIN NEW MATERIAL CO Ltd; Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Youyan Yijin New Material Co., Ltd.
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101671810A

Abstract

本发明属于一种分布式熔焊实现靶材与背板连接的方法。先对靶材与背板其中至少一个待连接表面进行粗化处理，后将靶材与背板压合在一起，再采用电子束、激光束等高能束流从背板表面进行分布式深熔焊，使得背板和靶材组件焊合在一起。本发明利用高能束能量密度集中、可控性好、焊缝深宽比大等特点，能够直接将背板焊透，背板和靶材材料熔焊形成的焊缝具有高的结合强度和小的热影响区。采用分布式非连续焊接的方式，避免了焊接热输入量过大使得靶材温度骤然升高导致晶粒长大和由于较大的焊接热应力产生变形等问题。本发明对靶材和背板表面的加工要求低，焊接时间短，结合强度高，是一种简单、可靠的靶材与背板组件的连接方法，适用于溅射靶的制备。

Description

一种分布式熔焊实现靶材与背板连接的方法

技术领域

本发明涉及靶材与背板的连接方法，应用于溅射靶材组件的制备。

背景技术

靶材与背板的连接是半导体集成电路、液晶显示等行业用PVD溅射靶材组件制备的关键技术。靶材与背板的连接除了满足良好的导热、导电以及结合强度要求外，还必须保证连接工艺不能影响靶材的化学纯度和组织性能等。

高纯铝及铝合金、高纯铜等是广泛应用的溅射靶材材料，普通铝、铜合金等是常见的背板材料。目前，关于这些靶材与背板的连接存在各种不同的方法。如通过靶材和背板表面加工出能够相互锁紧或咬合的结构，靶材与背板之间通过机械配合实现可靠连接的方法，采用这种方法连接过程比较简单，但是靶材和背板表面需要加工出的配合结构复杂、加工难度大，同时对靶材与背板的定位精度要求高。另外一种比较典型的方法是，在一定温度下通过大的压力挤压和后续长时间热扩散处理工艺等实现靶材与背板的连接，这种方法工艺较复杂，效率相对较低。因此，虽然上述靶材与背板的连接方法，应用于靶材组件的加工制备均具有可行性，但是工艺实现上比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种靶材与背板的可靠连接方法。它不需要对靶材或者背板表面加工出复杂的构型，工艺简单，加工效率高。

本发明是通过以下技术方案实现的，将表面粗化处理过的靶材与背板压合在一起，采用电子束或者激光束等高能束在背板表面进行分布式扫描，形成离散分布的焊道，每道焊缝深度大于背板厚度，将靶材与背板熔焊在一起。

该靶材与背板连接的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、靶材与背板待连接面的表面粗化处理；

2)、将靶材与背板叠放，加热后施加压力将两个待连接面无间隙压合在一起；

3)、将压合在一起的靶材和背板组件平放，从背板表面进行分布式深熔焊。焊道非连续，在背板表面呈离散分布图案，焊缝处焊接深度大于背板厚度，背板与靶材熔焊在一起。

4)、对靶材与背板组件进行后续加工处理。

所述待焊面的粗化处理包括采用喷砂、喷丸、车铣刨等加工使得靶材与背板其中至少一面表面粗糙化。

所述靶材与背板的施压温度在200℃～500℃之间，压力为50～200MPa，使得两者完全压合在一起。

所述的熔焊方法为采用电子束、激光束等高能密度束进行焊接。通过高能密度束的扫描路径、开关束时间间隔的控制，实现焊道在背板表面分布特征的控制；通过对高能束的功率密度的控制，实现对焊接深度的控制。焊接过程中背板被焊透，焊缝在靶材中的焊接深度h为0.1～5mm。

采用本方法，在靶材与背板组件的压合之前进行表面粗化处理，有利于增强靶材与背板的结合。在一定温度和压力作用下，靶材与背板的连接表面被迫发生流动变形，排出两者界面间残留的空气，无间隙压合在一起。再利用电子束或者激光束等高能束能量密度集中、可控性好、焊缝深宽比大等特点，能够直接将背板焊透，背板和靶材材料熔焊形成的焊缝具有高的结合强度和小的热影响区。同时采用分布式非连续焊接的方式，避免了焊接热输入量过大使得靶材温度骤然升高导致晶粒长大和由于较大的焊接热应力产生变形等问题。与已有的连接方法相比，本发明对靶材与背板待焊表面不需要复杂的加工，也避免了繁琐的热处理工艺，加工要求低，焊接时间短，结合强度高，是一种简单、可靠的靶材与背板的连接方法，适用于不同形状的高纯铝、铜溅射靶的制备。

附图说明

下面根据附图和结合具体实施例对本发明的方法作进一步说明。

图1是溅射靶材与背板组件连接方式的截面示意图。

图2是实施例1中圆形靶材的背板表面焊缝分布的示意图。

图3是实施例1中的靶材与背板熔焊界面的显微组织图。

图4是实施例2中矩形靶材背板表面焊缝分布的示意图。

1—靶材，2—背板，12—靶材与背板的粗糙结合面，3—熔焊的焊缝，4—熔焊在背板表面上形成的分布式焊道，h—焊缝在靶材中的深度

具体实施方式

实施例1

高纯Al-0.5％Cu(wt.)合金(纯度>99.9995％)圆形靶材和6061Al合金背板的连接。其连接工艺如下：

1.将6061Al合金背板通过喷丸处理，使其表面粗化；

2.将Al-0.5％Cu合金靶材和6061Al合金背板对中叠放在一起，加热到200～280℃，在压力机下施加50～150MPa的压力，两待连接面无间隙压合在一起；

3、将压合在一起的靶材和背板组件平放，采用电子束从6061Al背板表面进行分布式深熔焊，背板与靶材的界面结合方式如图1所示。焊接时通过控制电子束的开束、关束实现焊接的起始和结束，每道焊道的长度约为10mm，形成以背板(靶材)中心为圆心的非连续同心圆焊道阵列(图2)。通过调节电子束的输出功率、扫描速度等控制电子束的功率密度，熔焊处焊缝在靶材中的深度h为1～3mm。

4)、对靶材与背板组件进行后续其他加工处理，加工制出靶材成品。

通过对靶材组件的解剖观察，靶材与背板之间不存在宏观间隙，靶材背板的熔焊部位完全焊合(图3)。溅射区靶材材料的纯度、晶粒尺寸与焊接前未发生改变，达到了靶材与背板的连接要求。

实施例2

高纯Al-4％Cu(wt.)合金(纯度>99.999％)矩形靶和2024Al合金背板的焊接。其连接工艺如下：

1.将Al-4％Cu和2024Al合金背板通过铣削加工，使两者表面粗化；

2.将Al-4％Cu合金靶材和2024Al合金背板对中叠放在一起，加热到250～350℃，在压力机下用120～200MPa压力将两个待连接面无间隙压合在一起；

3、将压合在一起的靶材和背板组件平放，采用激光束从2024Al背板表面进行分布式深熔焊，焊接时通过控制激光束的开光、关光时间，每道焊道的长度约为15mm，形成如图4所示的非连续焊道分布图案。通过调节激光束的输出功率、扫描速度等控制焊接深度，将背板与靶材熔焊在一起，焊缝在靶材中的深度h为0.2～0.8mm。

通过对靶材组件的解剖观察，靶材与背板之间不存在宏观间隙，靶材与背板的熔焊部位完全焊合，溅射区靶材材料的纯度、晶粒尺寸与焊接前未发生改变，达到了靶材与背板的连接要求。

Claims

1.一种分布式熔焊实现靶材与背板连接的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、靶材与背板待连接面的表面粗化处理；

3)、将压合在一起的靶材和背板组件平放，从背板表面进行分布式深熔焊，焊道非连续，在背板表面呈离散分布图案，焊缝处焊接深度大于背板厚度，背板与靶材熔焊在一起；熔焊将背板焊透，焊缝在靶材中的焊接深度h为0.1～5mm；

4)、对靶材与背板组件进行后续加工处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，表面粗化处理是指采用喷砂、喷丸、车、铣、刨加工手段使得靶材和背板其中至少一个待连接面的表面粗糙化。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，靶材与背板的加热温度为200℃～500℃，对靶材与背板施加的压力为50～200MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所采用的熔焊方法包括电子束、激光束高能密度束焊接。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，通过高能密度束的扫描路径、开关束时间间隔的控制，实现焊道在背板表面分布特征的控制。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，通过对高能密度束功率密度的控制，实现对焊接深度的控制。